Vers la compréhension du rôle de NucS dans l'évolution du génome de Streptomyces - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2024

Towards an understanding of the role of NucS in Streptomyces genome evolution

Vers la compréhension du rôle de NucS dans l'évolution du génome de Streptomyces

Oyut Dagva
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1398559
  • IdRef : 279020392

Résumé

Streptomyces are ubiquitous bacteria in forest soils known for their remarkable genomic plasticity. These bacteria possess a highly compartmentalized linear chromosome, with a central region shared across the genus. This central region is bordered by variable chromosomal ends or arms that are prone to recombination. The repair of double-strand breaks (DSB), the most harmful cellular damage, is a major driver of genome plasticity and genome evolution in Streptomyces. Recently, a potential source of DSB has been identified: the endonuclease NucS, which plays a pivotal role in the non-canonical mismatch repair system (MMR) present in archaea and sporadically in bacteria, particularly in actinobacteria. The objective of this study is to determine whether NucS activity is involved in stimulating recombination in Streptomyces. Our investigations unveil that NucS depletion results in a significant increase of the mutation rate and in a marked colonial phenotype. In vitro activity tests showed that NucS generates DSB at G/T, G/G, and T/T mismatches. Its activity is enhanced in the presence of the replication processivity factor β-clamp, indicating that NucS targets post-replicative mismatches. A long-term mutation accumulation experiment conducted over 60 sporulation cycles have demonstrated that NucS is more prone to correct mismatches leading to transitions than transversions. A crescent-increase in the number of transitions from the replication origin towards the chromosome ends is observed. This original finding suggests that NucS is more active in terminal regions and could promote recombination by generating DSB. The increased frequency of rearrangements in the terminal regions in a mutant exhibiting an elevated frequency of replicative mismatches supports this hypothesis. These findings advance our understanding of this paradoxical mechanism for maintaining genome integrity: why break the genome in order to repair it better? The genetic diversification arising from genome plasticity could explain the selection of such a repair mechanism. Finally, the diversification of specialized metabolism in these soil-dwelling bacteria is of great interest both for their adaptation to the ecosystem and for the identification of new molecules with biotechnological interets.
Les Streptomyces, bactéries ubiquistes des sols forestiers, présentent une grande plasticité génomique. Ces bactéries possèdent un chromosome linéaire hautement compartimenté avec, en son centre, une région conservée au travers du genre, bordée par des extrémités ou bras chromosomiques particulièrement variables et sujets à la recombinaison. La réparation des cassures double-brin (DSB), dommage le plus délétère pour une cellule vivante, constitue un moteur majeur de la plasticité et de l'évolution du génome chez les Streptomyces. Une source potentielle de DSB a été découverte récemment : l'endonucléase NucS. Cette dernière joue un rôle clé au sein du système de correction des mésappariements (MMR) non-canonique, présent chez les archées et plus sporadiquement chez les bactéries avec les actinobactéries. L'objectif de ce travail est de comprendre si l'activité de NucS est impliquée dans la stimulation de la recombinaison chez les Streptomyces. Nos investigations ont révélé que la déplétion en NucS entraine une augmentation significative du taux de mutation et un phénotype colonial marqué. Les tests d'activité in vitro montrent que NucS génère une DSB au site des mésappariements G/T, G/G et T/T. Son activité est augmentée en présence du facteur de processivité de la réplication β-clamp suggérant que NucS cible les mésappariements post-réplicatifs. Une expérience d'accumulation de mutations sur le long-terme (60 cycles de croissance) montre que NucS corrige plus favorablement les mésappariements conduisant à une transition qu'à une transversion. Une augmentation graduelle du nombre de transitions depuis l'origine de réplication vers les extrémités du chromosome a été caractérisée. Ce résultat original révèle que NucS est davantage sollicitée dans les régions terminales, et pourrait favoriser la recombinaison en générant des DSB. L'augmentation de la fréquence de réarrangements dans les régions terminales dans un contexte où la fréquence des mésappariements réplicatifs est accrue renforce cette hypothèse. En effet, les mésappariements sont le substrat de NucS et la cassure double brin résultant de son activité induirait la recombinaison. Ces résultats ouvrent la voie de la compréhension de ce mécanisme paradoxal de maintien de l'intégrité du génome ; pourquoi casser le génome pour mieux le réparer ? La diversification génétique résultant de la plasticité du génome pourrait justifier de la sélection d'un tel mécanisme de réparation. Enfin, la diversification du métabolisme spécialisé chez ces organismes du sol revêt un intérêt majeur pour leur adaptation à l'écosystème, et aussi pour l'identification de nouvelles molécules d'intérêt biotechnologique.
Fichier principal
Vignette du fichier
DDOC_T_2024_0031_DAGVA.pdf (6.99 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04638247 , version 1 (08-07-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04638247 , version 1

Citer

Oyut Dagva. Vers la compréhension du rôle de NucS dans l'évolution du génome de Streptomyces. Microbiologie et Parasitologie. Université de Lorraine, 2024. Français. ⟨NNT : 2024LORR0031⟩. ⟨tel-04638247⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More